Sejtbiológia másodszor

Az eukarióta sejt felépítése sokkal változatosabb. A sejtek a prokarióta sejteknél általában jóval nagyobbak (az átmérőjük kb. egy nagyságrenddel nagyobb), kívülről sejtmembrán határolja őket (a növények és gombák sejtjeinek sejtfala is van). A benne lévő citoplazma tele van kisebb-nagyobb, igen változatos formájú és felépítésű, membránnal határolt „zsákokkal” (2.4. ábra). Ennek több előnye is lehet. Egyrészt a különböző biokémiai folyamatok lejátszódásához más és más körülmények optimálisak, a térbeli elválasztás megteremti a lehetőséget a különböző körülmények egyidejű létezésének. Másrészt a kémiai reakciók jelentős része membránhoz kötött enzimek segítségével valósul meg (így az egyes reakciólépésekben részt vevő intermedierek lokális koncentrációja jelentősen megemelkedhet, ami a reakciósebességet jelentősen megemelheti). A membránfelület növelése elősegíti az egy időben lejátszódó reakciók sebességének a növelését. Harmadrészt a kisebb zsákocskák különböző anyagokat szállíthatnak a különböző nagyobb, membránnal határolt zsákok, illetve a sejtmembrán között.

Az imént említett, sejten belüli membránnal határolt struktúrákat sejtszervecskéknek (organellum) nevezzük. Alakjukat és működésüket tekintve az itt következő fontosabb sejtalkotókat különböztethetjük meg egymástól.

Sejtmag

A sejtmag (nucleus) a sejt viszonylag jelentős részét elfoglaló, mikroszkóppal könnyen látható, gömb alakú struktúra. A sejtmagot két membrán veszi körül, a külső membrán szervesen kapcsolódik egy másik sejtalkotó, az endoplazmás retikulum (ER) szerkezetéhez (2.5. ábra). A sejtmag feladata a sejt genetikai állományának tárolása (ún. kromoszómákban), de itt játszódnak le a genetikai állomány megkettőződésének, az átírásának és az RNS-molekulák érésének is a folyamatai. A sejtmag felszínén mindkét membránrétegen áthatoló póruskomplexek találhatóak, melyek a sejtmagmembránon keresztül történő szabályozott transzportot teszik lehetővé. A sejtmagon belül találunk egy vagy több olyan részt, amely(ek)ben a riboszómális RNS-ek (rRNS-ek) keletkeznek, érnek, és végül összeállnak riboszóma-alegységekké a riboszómális proteinekkel együtt. Ezt a részt sejtmagvacskának (nucleolus) hívjuk.

A mitokondriumok a sejtmagnál jóval kisebb, kb. bakteriális méretű sejtalkotók. Számuk a különböző sejtekben igen változó, 0-1000-ig terjedhet. A sejtmaghoz hasonlóan ezeket is két membránréteg határolja. A külső membrán mérete jóval kisebb; a kisebb molekulákra, ionokra, biokémiai intermedierekre teljesen áteresztő, de a nagyobb molekulákra (például fehérjékre) nem. Az utóbbiak csak aktív transzporttal, speciális transzportereken keresztül képesek átjutni a külső membránon. A belső membrán sokkal nagyobb, ezért csak redőzötten képes a külső membrán által határolt térrészbe beleférni. Az egész ahhoz hasonlítható, mintha egy nagyobb zsákot belegyűrtünk volna egy kisebbe. A belső membránfelület ilyen módon történő megnövekedése esszenciális a membránhoz kötődő biokémiai reakciók nagy mennyisége miatt. A két membrán közti részt intermembrán térnek, a belső membránon belülit pedig mátrixnak hívjuk (2.6. ábra). A belső membrán gyakorlatilag átjárhatatlan, kivéve néhány hidrofób molekula számára, amelyek képesek átdiffundálni. A többi anyag (víz, ionok, biokémiai intermedierek) speciális transzporter-fehérjék segítségével közlekedik a belső membránon keresztül.

A mitokondrium elsődleges feladata a sejtben az oxidatív energiatermelés. A mátrixban találhatóak a citrát-ciklus enzimei, míg a belső membránban az energiatermelő folyamathoz nélkülözhetetlen elektrontranszfer-lánc és az ATP-szintáz komplexei. A mitokondriumoknak a mátrixban saját genetikai állományuk, saját RNS- és fehérjeszintetizáló-apparátusuk van. A sejten belül a sejtosztódástól függetlenül osztódni képesek. Ez bizonyítéka annak, hogy a mitokondriumok valamikor önálló életet élő prokarióták voltak, melyet az evolúció során az eukarióta sejtek bekebeleztek, de nem fogyasztottak el, s azóta szimbiózisban élnek egymással. A mitokondrium felépítéséhez és működéséhez szükséges fehérjék ma már java részt a gazdasejtből származnak; szintézisükhöz az információt a sejtmag kódolja.

Endoplazmás retikulum

Az endoplazmás retikulum (ER) kiterjedt, ciszternákból, zsákocskákból és csövekből álló összefüggő membránszerkezet, mely a sejtmag külső membránjával is kapcsolatban áll. Két fő része ismert, a sima és a durva felszínű endoplazmás retikulum. A durva felszínű ER felszíne azért durva, mert fehérjeszintetizáló részecskék, ún. riboszómák ülnek rajta (2.7. ábra). Az endoplazmás retikulumban történik a sejtmembrán és a szekretálandó fehérjék szintézise, és itt kezdődik meg a glikozilácójuk. Az ER részt vesz a lipidek szintézisében, a szénhidrát-metabolizmusban, a kalciumionok tárolásában és a drogmetabolizmusban is. Az izomsejtek összehúzódását az ER-ből pillanatszerűen kiáramló Ca2+-ionok okozzák. Harántcsíkolt izomban a sima felszínű ER specializált formája, a szarkoplazmás retikulum is jelen van. Az ER-ben termelődött fehérjék lefűződő transzport-vezikulumokon keresztül az ER közelében lévő Golgi-készülékbe kerülnek további érésre.

Golgi-készülék

A Golgi-készülék négy-nyolc egymás melletti, lapos membránkorongból (ciszternákból) álló sejtorganellum (2.8. ábra). Az emlős sejtek tipikusan negyven-száz Golgi-készüléket tartalmaznak. Egy-egy Golgi-ban az ER-hez közeli zsákokat cisz-, középen középső, az ER-től távol lévőket pedig transz-Golginak hívjuk, ezekben különböző enzimek találhatóak, és más-más a feladatuk. A Golgi-ba érkeznek az ER-felől az ott szintetizálódott fehérjék és lipidek transzport-vezikulákon kersztül. A Golgiban ezek a makromolekulák tovább módosulnak, itt fejeződik be a membrán és az extracelluláris fehérjék glikozilációja. Az érés során a makromolekulák vezikuláris transzporttal a cisz-Golgiból előbb a középső-Golgiba, majd a transz-Golgiba kerülnek. A Golgi végül szortírozza az elkészült molekulákat, majd vezikuláris transzporttal elküldi őket a rendeltetési helyükre (lizoszómákhoz, sejtmembránhoz stb).

Lizoszómák

A lizoszómák egyrétegű membránnal határolt gömbszerű zsákok, a sejten belüli emésztés központi organellumai. A Golgi-készülékből kapják a szükséges emésztő enzimeket, amelyeknek savas közegben (pH=4,5) van a működési optimumuk. Nemcsak az endocitózissal bekerült táplálékmolekulákat emésztik, hanem a sejten belüli, elöregedett sejtorganellumok törmelékeit is ezek bontják le. Vírusok és baktériumok emésztésében is részt vesznek.

Peroxiszómák

A lizoszómákhoz hasonlóan egyrétegű membránnal határolt vezikulumok, melyek sok fontos anyag metabolizmusában részt vesznek. Itt zajlik például a nagyon hosszú szénláncú zsírsavak és az elágazó láncú zsírsavak oxidációja, valamint a poliaminok lebontása is. A peroxiszómák részt vesznek az éter-foszfolipidek szintézisében is, melyek néhány szövetben fontos membránalkotók. A peroxiszómákban az oxidációs folyamatok során jelentős mennyiségű hidrogén-peroxid keletkezik, mely peroxidáz és kataláz enzimek segítségével eliminálódik.

Színtestek

Színtestek csak a növényi sejtekben találhatóak. A leggyakoribbak a zöld színtestek (kloroplaszt), melyek a bennük található klorofill vörös-elnyelése miatt zöldek. Három membrán található a felépítésükben: külső, belső és azon belül egy igen nagy felületű, ún. tilakoid membránrendszer. A külső és belső membrán közti teret intermembrán térnek, a belső és a tilakoid membrán köztit sztrómának, a tilakoid membránon belülit pedig tilakoid térnek nevezzük (2.9. ábra). A színtestek legfontosabb funkciója a fény energiájának kémiai energiává alakítása. Az ehhez szükséges enzimkomplexek a tilakoid membránrendszerhez kötöttek.

A mitokodriumokhoz hasonlóan a színtesteknek is van saját genetikai állományuk, saját RNS- és fehérjeszintetizáló-apparátusuk. Ez bizonyítja a színtestek endoszimbionta (sejtekbe beépült) eredetét. Egy, már mitokondriummal rendelkező eukarióta sejt bekebelezhetett egy ősi kékeszöld algát, majd a kölcsönös előnyök miatt szimbiózisban élt vele. Valószínűleg ekkor vált el a növények törzsfejlődése az állatokétól és a gombákétól.

Vakuólum

A vakuólum membránnal (ún. tonoplaszttal) határolt, vízzel teli organellum, mely leginkább növényekre és gombákra jellemző (2.10. ábra). Szerepe többféle lehet, mindig az adott élőlénytől és sejttípustól függően. A tároló funkció jellemző rá a leginkább. Tárolhat a sejtnek már nem szükséges és mérgező anyagokat, a turgorállapot megtartásához szükséges vizet és különböző sókat. Részt vehet a sejtek homeosztázisának fenntartásában ozmoregulációs működésük következtében. A vakuólum néha olyan nagy, hogy a sejt térfogatának 90%-át elfoglalja. Ilyenkor a citoplazma és a sejtszervecskék csak egy vékony rétegben vannak jelen a sejtfal mentén.

Citoszkeleton

A citoszkeleton nem tekinthető valódi sejtszervecskének, nem határolja kívülről membrán. Hosszú, változatos felépítésű és működésű fehérjefonalakból áll, amelyek segítenek a sejtek alakjának megtartásában, a sejten belüli transzportfolyamatokban és a sejtmozgásban. A 2-11. ábrán a különböző típúsú citoszkeleton-fonalak különböző színű fluorszcens festékkel megfestve válnak láthatóvá.

Forrás: https://regi.tankonyvtar.hu/
Wunderlich Lívius, Szarka András (2014)
Typotex Kiadó